本書介紹了第1性原理計算基礎和應用進展；建立了熱擴滲元素（如碳、氮）在金屬表面層中擴散形成的微結構原子模型；通過第1性原理計算，得出熱擴滲元素固溶于有無合金化的體心和面心立方結構鐵中的穩(wěn)定性及性質(zhì)，以及熱擴滲層中典型析出相的穩(wěn)定性及其性質(zhì)，支撐熱擴滲層微結構優(yōu)化設計。
本書可作為普通高等學校從事材料科學研究的學生和教師及相關領域科技工作者的參考書。
眾所周知，熱處理與表層改性賦予材料極限性能，給予裝備關鍵件長壽命和高可靠性。在過去的30多年中，閆牧夫教授團隊聚焦新材料與高端裝備關鍵件抗疲勞及熱加工技術短板，開展特種熱處理與表面改性、精確成形與控性理論和應用研究，推進材料基因工程平臺發(fā)展。針對短板技術缺芯，創(chuàng)建熱擴滲組織結構納米化與功能化、稀土共滲催化與微合金化、熱加工零畸變等理論；針對仿真軟件空芯，從場論出發(fā)，建立疲勞壽命和可靠性的多因泛函方程、熱加工過程數(shù)學模型、工藝-組織-性能關系等多尺度模型；基于創(chuàng)芯理論和模型，形成熱加工與改性虛擬仿真和技術設計原創(chuàng)平臺，實現(xiàn)以技術設計替代技術探索。
本書作為材料表面改性基因工程基礎，由哈爾濱工業(yè)大學閆牧夫教授組織撰寫和統(tǒng)稿，總結了本團隊在原子電子結構層面上開展的熱擴滲層微結構設計與合金化行為、微結構穩(wěn)定性及其性質(zhì)等研究成果。全書共包括6章，第1章介紹熱擴滲層微結構及其性質(zhì)的第一性原理計算基礎和應用進展；第2-5章詳細研究熱擴滲碳氮在有無合金化的體心立方和面心立方結構鐵中的行為；第6章介紹熱擴滲層中析出相結構及其性質(zhì)。第1、6章由閆牧夫教授撰寫，第2、4章由齊齊哈爾大學由園博士撰寫，第3、5章由哈爾濱理工大學陳宏濤博士撰寫。
本書基于原子尺度模型的微結構設計計算，是熱加工成形控性及熱擴滲抗疲勞虛擬仿真與技術設計平臺（http：//www.ilab-x.comldetails/2020?id=6587&isView=true#1001）的組成部分。因此，設計并發(fā)明了熱擴滲氮晶粒組織納米化、熱擴滲碳原位自生石墨-金剛石納米結構、熱加工準同步相變微變形等系列短板技術。本書僅供同行參考，疏漏及不足之處敬請批評指正。
閆牧夫.1984年畢業(yè)于原哈爾濱科技大學金屬材料及熱處理專業(yè).1987年獲得哈爾濱工業(yè)大學碩士學位并留校任教，1993年獲得哈爾濱工業(yè)大學博士學位，1998年被英國皇家工程院院士、Birmingham大學T.Bell教授邀為Visiting Scientist；現(xiàn)任哈爾濱工業(yè)大學教授（二級），博士生導師，金屬精密熱加工***重點實驗室副主任：兼任國際熱處理與表面工程聯(lián)合會（IFHTSE）執(zhí)委，中國機械工程學會熱處理分會副理事長，中國熱處理行業(yè)協(xié)會副會長、教育培訓委員會主任，黑龍江省熱處理學會理事長，國家自然科學基金、重點研發(fā)計劃會評專家，《材料熱處理學報》副主編、《中國熱處理與表層改性技術路線圖》綜合組長等。
從事先進熱處理、等離子體與稀土表面改性、精確成形與控性、多尺度模型與仿真等理論和應用研究。主持國家自然科學基金重點項目和面上項目、863項目、973/重點研發(fā)計劃專題/課題、總裝備部預研項目等20余項：建立構件疲勞壽命與可靠性多因素泛函模型、熱加工精確成形與抗疲勞改性多尺度模型、顛覆性技術設計理論和方法，創(chuàng)建熱擴滲層晶粒納米化/DLC納米結構、等Biot數(shù)熱加工零畸變等理論和技術，用于高端裝備關鍵件自主制造。獲黑龍江省技術發(fā)明一等獎1項（排名1）、中國熱處理行業(yè)技術進步一等獎1項（排名1）、黑龍江省自然科學技術學術成果一等獎2項（排名1）、部省級科技二等獎3項。在Carbon、Journal of Materials Chemistry A、Applied Surface Science等期刊上發(fā)表論文200余篇；出版教材、學術著作等6部。
提出厚基礎、強融合、重突破的人才培養(yǎng)指導思想和學以致用、觸及高峰的培養(yǎng)理念，創(chuàng)立材料科學與工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的322模式，推出基于本團隊原創(chuàng)理論和數(shù)學模型的熱加工虛擬仿真與技術設計平臺，培養(yǎng)創(chuàng)芯人才；創(chuàng)建大學生熱加工創(chuàng)新設計（DCTP）國際大賽平臺、中國大學生材料熱處理知識技能和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)雙賽平臺、首批材料熱處理工程師資格認證基地，培養(yǎng)出一批國之重器領域急需的杰出人才。榮獲首屆哈爾濱十大科技英才、黑龍江省名師、師德先進個人、三育人先進工作者等榮譽稱號；獲黑龍江省教學成果一等獎2項/二等獎1項、中國熱處理創(chuàng)新人才培養(yǎng)突出貢獻獎等30余項（均排名1）。
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